Фотонно-кристаллические сенсорные матрицы как динамические оптическиефильтры в проточной ячейке для мониторинга полярных органических растворителей в водетезисы доклада
Аннотация:Одна из актуальных экологических задач — мониторинг летучих органических соединений (ЛОС) в водоемах. Полярные органические растворители — этанол, ацетонитрил и ацетон — используются во многих отраслях промышленности в крупнотоннажном масштабе. Несвоевременное устранение разливов данных веществ приводит к экологическим катастрофам. Современные методы химического анализа для решения этой задачи требуют дорогостоящего оборудования и постоянного отбора проб. Перспективное решение данной задачи — использование недорогих проточных систем мониторинга, которые позволят своевременно информировать о разливе ЛОС.Фотонные кристаллы зарекомендовали себя как универсальная платформа для создания сенсорных матриц. Аналитическим сигналом сенсорных матриц на основе фотонных кристаллов принято считать батохромный или гипсохромномный сдвиг фотонной запрещенной зоны. Основными способами регистрации аналитического сигнала являются методы оптической спектроскопии и визуальная регистрация. Новым интересным вариантом является применение таких сенсорных матриц в роли оптического динамического светофильтра, размещенного между источником монохроматического излучения (светодиод) и детектором (фотодиод). Оптические характеристики аналитической ячейки подбирают таким образом, что максимум отражения фотонного кристалла совпадает с максимумом излучения источника света.Использование фотонных кристаллов, состоящих из регулярной полистирольной упаковки, гидрофобной полидиметилсилоксановой матрицы и подложки из поликарбоната, позволяет избежать влияния воды. Тогда как абсорбция полярных ЛОС полидиметилсилоксаном приводит к ограниченному набуханию сенсорной матрицы — изменению периода решетки фотонного кристалла и батохромному сдвигу и, следовательно, к увеличению уровня сигнала на фотодиоде. Размещение аналитической ячейки под водой позволяет избирательно детектировать ЛОС, растворенные в воде. Данный подход позволяет заранее установить предельную концентрацию ЛОС, при которой сработает сигнализация.Батохромный сдвиг сенсорной матрицы при воздействии ацетона может достигать сотни нанометров в зависимости от содержания ацетона и толщины полидиметилсилоксана. Апробация разработанной аналитической ячейки проходила при периодической замене воды на ацетон. При заполнении ячейки ацетоном наблюдали значительное увеличение сигнала на детекторе, заполнение водой, наоборот, приводило к снижению интенсивности. Контрольный эксперимент проводили с образцом, не содержащим упорядоченной упаковки из полистирола, — значительного изменения интенсивности на фотодиоде не наблюдали. Установка предела срабатывания детектора возможна посредством регулирования толщины чувствительного слоя. При этом сенсорная матрица не обладает селективностью по отношению к ацетону и способна давать отклик на другие ЛОС, в том числе полярные, такие как этанол или ацетонитрил. Это позволяет регистрировать общий уровень ЛОС, поскольку высокое содержание любого из этих веществ в водоемах недопустимо
